KR101635266B1 - 3차원 가상현실 환경에서 사이버 멀미 경감을 위한 갈바닉 전정자극 시스템 및 그 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 3차원 가상현실 환경에서 사이버 멀미 경감을 위한 갈바닉 전정자극 시스템 및 그 방법에 관한 것으로, 3차원 가상현실에서 비디오 중심이 아닌 사용자 중심으로 가상현실 입력장치와 연동하여 사용자의 양측 귀의 유양돌기 부분에 부착된 한 쌍의 갈바닉 전극을 통해 사용자에게 전기 전정 자극(Galvanic Vestibular Stimulation)을 인가함으로써, 사이버 멀미를 효과적으로 경감시킬 수 있다.

Description

3차원 가상현실 환경에서 사이버 멀미 경감을 위한 갈바닉 전정자극 시스템 및 그 방법{GALVANIC VESTIBULAR STIMULATION SYSTEM FOR REDUCING CYBER-SICKNESS IN 3D VIRTUAL REALITY ENVIRONMENT AND METHOD THEREOF}

본 발명은 3차원 가상현실 환경에서 사이버 멀미 경감을 위한 갈바닉 전정자극 시스템 및 그 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 3차원 가상현실에서 비디오 중심이 아닌 사용자 중심으로 가상현실 입력장치와 연동하여 사용자의 양측 귀의 유양돌기 부분에 부착된 한 쌍의 갈바닉 전극을 통해 사용자에게 전기 전정 자극(Galvanic Vestibular Stimulation)을 인가함으로써, 사이버 멀미를 효과적으로 경감시킬 수 있도록 한 3차원 가상현실 환경에서 사이버 멀미 경감을 위한 갈바닉 전정자극 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 3차원 그래픽 기술의 발달에 의해 현대인들은 현실과 유사한 환경을 구현하는 3차원 가상현실을 주변에서 쉽게 접할 수 있게 되었다. 그러나, 현재까지의 기술은 단순한 시각적 효과에 의해 가상현실을 구현하고 있다.

최근 연구에 의하면, 3차원 가상현실을 20분 이상 경험한 사용자의 80％ 이상이 시각과 움직임의 부조화에 의해 발생하는 사이버 멀미(Cyber-sickness)를 경험하며 가상현실을 이용하여 전문적으로 훈련받은 파일럿이나 운전사들은 훈련 후 적어도 12∼24시간 이내에 실제적인 비행이나 운전을 금하게 하고 있다.

따라서, 시각적 효과와 연동되어 움직임을 체험하게 하는 것은 실제적인 가상현실을 구현하는데 필수적인 요소이며, 사이버 멀미를 경감시킬 수 있어 궁극적으로 가상현실 기술의 필수적인 요소로 이루어진다.

그러나, 현재까지 사용자가 실제적으로 움직임을 체험하게 되는 가상현실의 구현은 복잡한 설비인 모션 플랫폼(Motion Platform)이 요구되며, 이를 위해서는 고비용과 넓은 장소가 필요하다는 단점이 있다.

한편, 우리 몸의 균형은 전정감각과 시감각 그리고 고유감각의 조화에 의해 유지된다. 이중 가장 중요한 것은 전정감각으로 반고리관은 회전 가속도를, 이석기관은 선가속도를 인지하여 몸이 움직이고 있다는 것을 중추에 전달한다.

예를 들어, 우측으로 회전시 우측 반고리관이 자극되고 좌측 반고리관이 억제되어 우측으로 향하는 안진이 발생하게 되고 이의 신호가 소뇌에 전달되어 우측으로 회전하고 있다는 인지를 하게 된다. 이때, 신체는 회전에 상응하는 전정안구반사가 유발되며 이로 인하여 균형을 유지한다.

그리고, 가상현실 속에서 사용자는 시각적인 변화에 의해 움직이고 있다고 느끼지만 실제로는 정지되어 있는 상태로 균형유지에 가장 중요한 전정기관(vestibular organ)에 의한 전정신호가 중추에 들어오지 않아 시각-전정 자극의 부조화가 발생한다. 따라서, 사이버 멀미를 해소하기 위해서는 시자극에 상응하는 전정자극이 주어져야 한다.

이러한 사이버 멀미를 경감하기 위한 종래의 기술에서는 거대한 모션 플랫폼을 사용하는 원시적인 방법이 있었다. 그 외 현재까지 제시된 다른 방법들은 생리학적인 관점에서 전정-시자극의 부조화를 해결하기 위한 방법보다는 가상현실 속에서 좌표계를 사용하거나 사용자의 위치를 피드백(feedback)하는 방법이 대부분이었고 일부 효과가 있다고 보고하였으나 실제로 화면 가운데 보이는 좌표계로 인하여 실제적인 체험수준이 저하되는 단점이 있었다.

한편, 갈바닉(Galvanic) 전류는 화학전지에서 얻어지는 한 방향의 직류전기를 의미하며, 1909년 'Mackenzie'에 의해 전정기관을 자극하는 실험이 이루어졌고, 1957년 'Pfalts'이 갈바닉 자극검사를 통해 전정기능을 검사하는 도구로 처음 소개되었다.

이후 여러 연구자들에 의해 전정기능검사로서 갈바닉 자극검사의 유용성이 입증되기 시작했다. 전정기능을 검사하기 위한 갈바닉 자극의 방식은 여러 가지가 있는데 가장 많이 사용하는 방식은 양측성 양극자극 방법(Bilateral-bipolar method)이다.

이러한 양측성 양극자극 방법은 양측 귀 뒷면의 유양돌기에 음전극과 양전극을 각각 부착시키고 전류를 유입하면, 음전극 방향의 전정신경은 활성화되고 반대로 양전극 방향의 전정신경은 억제되어, 결과적으로 안진은 음전극 방향으로 가게 되며, 피험자는 음전극 방향으로 회전하고 있다는 기분을 느끼게 되어 중심을 잡기 위해 양전극 방향으로 신체동요가 발생하게 된다.

만약, 전극의 위치를 바꾸거나 기준(reference) 전극을 추가한다면, 이러한 좌우 동요뿐 아니라 전후 동요도 유발할 수 있어 전정기관이 손상된 경우, 신체동요가 줄어들거나 소실되기 때문에 이를 전정기능을 평가하는 진단적 도구로 사용되어 왔다. 즉, 현재까지의 갈바닉 전기자극은 전정기능을 평가하는 진단적 도구로만 사용되었다.

전 세계적으로 몇몇 연구자들에 의해 갈바닉 전정자극이 인체의 균형을 조절하는 방법으로 사용할 수 있다는 아이디어가 제시되었으나, 이를 실생활에 응용한 연구 결과는 아직 발표된 바 없고 몇몇 기관에서 노인성 어지럼의 낙상 위험을 줄이거나 인지기능의 향상을 위한 도구로 현재 연구되고 있다.

우리나라의 경우 실제로 갈바닉 전극을 이용한 사이버 멀미의 경감 효과에 대한 선행 연구결과가 1건이 있었다. 그러나, 이 연구방식은 3차원 가상현실 노출전 단순히 5분간 갈바닉 전정자극을 주었으며, 그 결과에서 갈바닉 전정자극이 오히려 사이버 멀미를 악화시키고, EEG(Electroencephalography)에서도 멀미가 악화된 경우 나타나는 전형적인 파형이 관찰되었다고 발표하였다.

그러나, 이러한 결과는 연구자의 사이버 멀미와 전정기관의 생리학적인 이해가 부족하여 잘못된 연구방법을 적용하였기 때문이다. 앞서 언급한 대로 전정자극만 주어진 경우(갈바닉)나 시각자극(가상현실)만 주어진 경우는 당연히 어지럼이 유발된다. 또한, 전정기능은 자극이 주어지면 반응하지만 자극이 멈추면 반응이 멈추는 특성이 있기 때문에, 3차원 가상현실에 노출된 갈바닉 전정자극을 주어 사이버 멀미를 예방할 수 있다는 연구의 발상은 시작부터 근원적인 문제점을 안고 있다.

국내등록특허 제10-1285821호

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 3차원 가상현실에서 비디오 중심이 아닌 사용자 중심으로 비디오의 움직임에 의해 유발되는 시각변화에 의해 발생하는 안구 움직임에 대한 정보를 입력받는가상현실 입력장치와 그 외 보조적인 기기들과 연동하여 사용자의 양측 귀의 유양돌기 부분 및 뒷목에 부착된 한 쌍의 갈바닉 전극을통해 사용자에게 전기 전정 자극(Galvanic Vestibular Stimulation)을 인가함으로써, 사이버 멀미를 효과적으로 경감시킬 수 있도록 한 3차원 가상현실 환경에서 사이버 멀미 경감을 위한 갈바닉전정자극 시스템 및 그 방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 시자극 변화에 의해 발생하는 안구 움직임을 계산하고 이에 상응하는 갈바닉 전류를 전정기관에 전달하여 시자극과 일치하는 움직임을 경험하게 함으로써, 저비용으로 실제적인 3차원 가상현실의 구현과 사이버 멀미의 치료하고 시각 전정자극의 부조화를 해결할 수 있도록 한 3차원 가상현실 환경에서 사이버 멀미 경감을 위한 갈바닉 전정자극 시스템 및 그 방법을 제공하는데 있다.

전술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 제1 측면은, 3차원 가상현실에서 움직이는 화면에 대한 사용자의 안구 움직임 계산값, 3차원 가상현실에서의 움직임 방향값, 또는 3차원 콘텐츠의 화면 이동 방향값 중 적어도 어느 하나의 움직임 입력값을 제공받는 가상현실 입력장치; 사용자의 양측 귀의 유양돌기 부분에 각각 부착되며, 사용자에게 전기 전정 자극(Galvanic Vestibular Stimulation)을 인가하는 한 쌍의 갈바닉 전극; 및 상기 가상현실 입력장치로부터 제공받은 움직임 입력값에 따라 기설정된 전류 출력값을 생성하여 상기 한 쌍의 갈바닉 전극에 인가되도록 제어하는 제어장치를 포함하여 이루어진 3차원 가상현실 환경에서 사이버 멀미 경감을 위한 갈바닉 전정자극 시스템을 제공하는 것이다.

여기서, 상기 가상현실 입력장치는, 헤드 마운트 디스플레이, 조이스틱, 마우스, 키보드 또는 운전대 중 적어도 어느 하나로 이루어짐이 바람직하다.

바람직하게, 상기 제어장치는, 스위칭을 통해 양극과 음극의 극성을 바꿀 수 있는 연속성 직류전류를 선택적으로 상기 한 쌍의 갈바닉 전극에 인가되도록 제어하되, 상기 가상현실 입력장치로부터 제공받은 우측 움직임 입력값에 따라 우측 및 좌측에 각각 기설정된 전류량을 갖는 음전류 및 양전류가 흐르도록 제어함과 아울러 상기 가상현실 입력장치로부터 제공받은 좌측 움직임 입력값에 따라 우측 및 좌측에 각각 기설정된 전류량을 갖는 양전류 및 음전류가 흐르도록 제어할 수 있다.

바람직하게, 사용자의 뒷목의 가운데 부분에 기준 전극이 더 부착되되, 상기 제어장치는, 스위칭을 통해 양극과 음극의 극성을 바꿀 수 있는 연속성 직류전류를 선택적으로 상기 한 쌍의 갈바닉 전극에 인가되도록 제어하며, 상기 가상현실 입력장치로부터 제공받은 전방 움직임 입력값에 따라 상기 한 쌍의 갈바닉 전극에 기설정된 전류량을 갖는 양전류가 흐르도록 제어함과 아울러 상기 가상현실 입력장치로부터 제공받은 후방 움직임 입력값에 따라 상기 한 쌍의 갈바닉 전극에 기설정된 전류량을 음전류가 흐르도록 제어할 수 있다.

바람직하게, 상기 제어장치는, 상기 가상현실 입력장치로부터 제공받은 좌측 및 우측 움직임 입력값이 기설정된 좌우 급격한 회전감을 나타내는 기준값보다 클 경우, 기설정된 주파수를 갖는 정형적인 형태의 교류 자극이 상기 한 쌍의 갈바닉 전극에 인가되도록 제어할 수 있다.

바람직하게, 기설정된 최대 전류 범위값을 초과하여 상기 한 쌍의 갈바닉 전극에 과전류가 인가되지 않도록 방지하기 위한 과자극 방지 장치가 더 구비될 수 있다.

본 발명의 제2 측면은, 가상현실 입력장치, 한 쌍의 갈바닉 전극 및 제어장치를 포함하는 시스템을 이용하여 3차원 가상현실 환경에서 사이버 멀미를 경감하기 위한 갈바닉 전정자극 방법으로서, (a) 상기 한 쌍의 갈바닉 전극을 사용자의 양측 귀의 유양돌기 부분에 각각 부착하는 단계; (b) 상기 가상현실 입력장치를 통해 3차원 가상현실에서 움직이는 화면에 대한 사용자의 안구 움직임 계산값, 3차원 가상현실에서의 움직임 방향값, 또는 3차원 콘텐츠의 화면 이동 방향값 중 적어도 어느 하나의 움직임 입력값을 제공받는 단계; 및 (c) 상기 제어장치를 통해 상기 단계(b)에서 제공받은 움직임 입력값에 따라 기설정된 전류 출력값을 생성한 후, 이를 상기 단계(a)에서 부착된 한 쌍의 갈바닉 전극에 출력하여 사용자에게 전기 전정 자극(Galvanic Vestibular Stimulation)을 인가시키는 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 3차원 가상현실 환경에서 사이버 멀미 경감을 위한 갈바닉 전정자극 방법을 제공하는 것이다.

여기서, 상기 단계(c)에서, 상기 제어장치는, 스위칭을 통해 양극과 음극의 극성을 바꿀 수 있는 연속성 직류전류를 선택적으로 상기 한 쌍의 갈바닉 전극에 인가되도록 제어하되, 상기 단계(b)에서 제공받은 우측 움직임 입력값에 따라 우측 및 좌측에 각각 기설정된 전류량을 갖는 음전류 및 양전류가 흐르도록 제어함과 아울러 상기 단계(b)에서 제공받은 좌측 움직임 입력값에 따라 우측 및 좌측에 각각 기설정된 전류량을 갖는 양전류 및 음전류가 흐르도록 제어함이 바람직하다.

바람직하게, 사용자의 뒷목의 가운데 부분에 기준 전극을 더 부착한 상태에서, 상기 제어장치는, 스위칭을 통해 양극과 음극의 극성을 바꿀 수 있는 연속성 직류전류를 선택적으로 상기 한 쌍의 갈바닉 전극에 인가되도록 제어하되, 상기 단계(b)에서 제공받은 전방 움직임 입력값에 따라 상기 한 쌍의 갈바닉 전극에 기설정된 전류량을 갖는 양전류가 흐르도록 제어하며, 상기 단계(b)에서 제공받은 후방 움직임 입력값에 따라 상기 한 쌍의 갈바닉 전극에 기설정된 전류량을 갖는 음전류가 흐르도록 제어할 수 있다.

바람직하게, 상기 단계(c)에서, 상기 제어장치는, 상기 단계(b)에서 제공받은 좌측 및 우측 움직임 입력값이 기설정된 좌우 급격한 회전감을 나타내는 기준값보다 클 경우, 기설정된 주파수를 갖는 정형적인 형태의 교류 자극이 상기 한 쌍의 갈바닉 전극에 인가되도록 제어할 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같은 본 발명의 3차원 가상현실 환경에서 사이버 멀미 경감을 위한 갈바닉 전정자극 시스템 및 그 방법에 따르면, 3차원 가상현실에서 비디오 중심이 아닌 사용자 중심으로 가상현실 입력장치와 연동하여 사용자의 양측 귀의 유양돌기 부분에 부착된 한 쌍의 갈바닉 전극을 통해 사용자에게 전기 전정 자극(Galvanic Vestibular Stimulation)을 인가함으로써, 사이버 멀미를 효과적으로 경감시킬 수 있는 이점이 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 종래의 복잡한 모션 플랫폼의 사용 없이 저비용에 의한 실제적인 움직임을 경험할 수 있는 진보된 사용자 중심의 실제 3차원 가상현실 시스템을 구현할 수 있고, 영화나 오락 등과 같은 엔터테인먼트 시스템에 응용할 수 있으며, 가상비행이나 운전 등과 같은 전문적인 훈련시스템에 도입하여 훈련 효과를 증강할 수 있으며, 사이버 멀미의 감소로 인한 가상현실 기술의 일상화를 꾀할 수 있는 이점이 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 가상현실 환경에서 사이버 멀미 경감을 위한 갈바닉 전정자극 시스템을 설명하기 위한 전체적인 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 적용된 갈바닉 전극이 사용자에게 부착된 상태를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 가상현실 환경에서 사이버 멀미 경감을 위한 갈바닉 전정자극 방법을 설명하기 위한 전체적인 흐름도이다.

이하, 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다. "및/또는"은 언급된 아이템들의 각각 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.

비록 제1, 제2 등이 다양한 소자, 구성요소 및/또는 섹션들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 소자, 구성요소 및/또는 섹션들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 소자, 구성요소 또는 섹션들을 다른 소자, 구성요소 또는 섹션들과 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 소자, 제1 구성요소 또는 제1 섹션은 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 소자, 제2 구성요소 또는 제2 섹션일 수도 있음은 물론이다.

본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.

다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.

또한, 본 발명의 실시예들을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명의 실시예에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 가상현실 환경에서 사이버 멀미 경감을 위한 갈바닉 전정자극 시스템을 설명하기 위한 전체적인 구성도이며, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 적용된 갈바닉 전극이 사용자에게 부착된 상태를 나타낸 도면이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 가상현실 환경에서 사이버 멀미 경감을 위한 갈바닉 전정자극 시스템은, 크게 가상현실 입력장치(100), 한 쌍의 갈바닉 전극(200a 및 200b) 및 제어장치(300) 등을 포함하여 이루어진다.

여기서, 가상현실 입력장치(100)는 3차원 가상현실에서 움직이는 화면에 대한 사용자의 안구 움직임 계산값, 3차원 가상현실에서의 움직임 방향값, 또는 3차원 콘텐츠의 화면 이동 방향값 중 적어도 어느 하나의 움직임 입력값을 제공받는 기능을 수행한다.

이러한 가상현실 입력장치(100)는 3차원 가상현실에서 움직이는 화면에 대한 사용자의 안구 움직임을 계산하여 그 결과값을 출력하기 위하여 구현된 헤드 마운트 디스플레이 또는 구글 글래스 등의 기기와, 3차원 가상현실에서의 움직임 방향값을 출력하기 위하여 구현된 조이스틱, 마우스, 키보드 또는 운전대 등의 조절기기와, 3차원 콘텐츠의 화면 이동 방향값을 계산하여 그 결과값을 출력하기 위한 3차원 디스플레이 등의 기기 등으로 이루어짐이 바람직하다. 이외에도 3차원 가상현실에서 사용자의 신체 움직임 입력값 또는 3차원 콘텐츠의 움직임 입력값을 제공받을 수 있는 기기라면 어느 것이든 기능하다.

상기 한 쌍의 갈바닉 전극(200a 및 200b)은 도 2에 도시된 바와 같이, 사용자의 양측 귀의 유양돌기 부분에 각각 부착되어 있으며, 사용자에게 전기 전정 자극(Galvanic Vestibular Stimulation)을 인가하는 기능을 수행한다.

이러한 갈바닉 전극(200a 및 200b)은 예컨대, 전도성 고무(conductive rubber), 소아용 ECG 전극(바람직하게, 지름 2.5cm Ag-AgCl 전극), EnoG용 전극, 헤드폰 방식의 전극 등으로 다양하게 구현됨이 바람직하다.

그리고, 제어장치(300)는 가상현실 입력장치(100)로부터 제공받은 움직임 입력값에 따라 기설정된 전류 출력값(예컨대, 직류/교류, 양/음극, 전류량, 시간 등)을 생성하여 한 쌍의 갈바닉 전극(200a 및 200b)에 인가되도록 제어하는 기능을 수행한다.

또한, 제어장치(300)는 스위칭을 통해 양극과 음극의 극성을 바꿀 수 있는 연속성 직류전류를 선택적으로 한 쌍의 갈바닉 전극(200a 및 200b)에 인가되도록 제어함이 바람직하다.

또한, 제어장치(300)는 가상현실 입력장치(100)로부터 제공받은 우측 움직임 입력값(예컨대, 우측으로 회전시 발생)에 따라 우측 및 좌측에 각각 기설정된 전류량(바람직하게, DC 0.5mA∼3mA)을 갖는 음전류 및 양전류가 흐르도록 제어함이 바람직하다. 이때, 상기 기설정된 전류량은 제어장치(300)의 스위칭 제어를 통하여 0.1mA 간격으로 0.5mA부터 3mA까지 조절이 가능하다.

또한, 제어장치(300)는 가상현실 입력장치(100)로부터 제공받은 좌측 움직임 입력값(예컨대, 좌측으로 회전시 발생)에 따라 우측 및 좌측에 각각 기설정된 전류량(바람직하게, DC 0.5mA∼3mA)을 갖는 양전류 및 음전류가 흐르도록 제어함이 바람직하다.

즉, 전술한 바와 같이 좌우 움직임 인지를 위한 좌우대칭의 양극 방식(Bilateral-Bipolar fashion)은 사용자의 양측 귀의 유양돌기 중 일측 부분은 양극, 반대측은 음극의 전기 자극을 제공함으로써, 일반적으로 음극 자극 방향으로 회전감을 느끼게 되고, 보상작용으로 양극 자극 방향으로 신체동요가 발생한다.

한편, 제어장치(300)는 가상현실 입력장치(100)로부터 제공받은 좌측 및 우측 움직임 입력값이 기설정된 좌우 급격한 회전감을 나타내는 기준값보다 클 경우, 기설정된 주파수(바람직하게, 0.1Hz∼5Hz)를 갖는 정형적인(Sinusoidal) 형태의 교류 자극이 한 쌍의 갈바닉 전극(200a 및 200b)에 인가되도록 제어할 수도 있다.

추가적으로, 도 2에 도시된 바와 같이, 사용자의 뒷목의 가운데 부분에 기준(reference) 전극(R)이 더 부착될 수 있고, 제어장치(300)는 스위칭을 통해 양극과 음극의 극성을 바꿀 수 있는 연속성 직류전류를 선택적으로 한 쌍의 갈바닉 전극(200a 및 200b)에 인가되도록 제어함이 바람직하며, 가상현실 입력장치(100)로부터 제공받은 전방 움직임 입력값(예컨대, 앞으로 가속시 발생)에 따라 한 쌍의 갈바닉 전극(200a 및 200b)에 기설정된 전류량을 갖는 양전류가 흐르도록 제어함과 아울러 가상현실 입력장치(100)로부터 제공받은 후방 움직임 입력값(예컨대, 뒤로 가속시 발생)에 따라 한 쌍의 갈바닉 전극(200a 및 200b)에 기설정된 전류량을 음전류가 흐르도록 제어함이 바람직하다.

즉, 전술한 바와 같이 전후 움직임 인지를 위한 좌우대칭의 단극 방식(Bilateral Unipolar fashion)은 사용자의 양측 귀의 유양돌기 부분에 음극 혹은 양극의 단극 전기 자극을 제공함으로써, 일반적으로 양극 자극은 앞으로 향하는 감각이 발생하며, 이의 보상작용으로 뒤로 향하는 신체동요가 발생한다. 반대로 음극 자극은 뒤로 향하는 감각이 발생하고, 이의 보상작용으로 앞으로 향하는 신체동요가 발생한다.

한편, 신체의 좌우 동요는 양측 귀에 양전류와 음전류의 2가지 전류를 주는 방식이고, 신체의 전후 동요는 양측 귀에 동시에 양전류 혹은 음전류의 1가지 전류만 주는 방식이다.

그런데, 양측 귀의 유양돌기 부분에 동시에 양전류 혹은 음전류가 주어지면 전류가 흐르지 않으므로, 양측 귀에 동시에 주어질 양전류 혹은 음전류가 흐르게 할 기준 전극(R)(양측 귀에 양전류가 주어질 경우 음전극으로, 음전류가 주어지면 양전극으로 자동으로 설정됨)을 뒷목의 가운데 부분에 부착하면 전류가 흘러 전후 동요를 유발할 수 있다.

더욱이, 제어장치(300)와 연결되어 기설정된 최대 전류 범위값을 초과하여 한 쌍의 갈바닉 전극(200a 및 200b)에 과전류가 인가되지 않도록 방지하기 위한 과자극 방지 장치(400)가 더 구비될 수도 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 적용된 제어장치(300)에서는 3차원 가상현실에서 비디오의 움직임에 의해 발생하는 안구운동과 중력 관성력(Gravito-intertial force)의 계산을 통해 기설정된 전류 출력값을 생성하여 한 쌍의 갈바닉 전극(200a 및 200b)에 인가되도록 제어할 수도 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 가상현실 환경에서 사이버 멀미 경감을 위한 갈바닉 전정자극 시스템은, 예컨대, 조이스틱이나 마우스 또는 키보드 등의 조절기기와 연동되어 미리 계산된 프로토콜에 의해 움직임에 따라 적절한 전류가 출력되도록 구현할 수 있다.

한편, 약 2000시간 이상의 지속적인 전기 자극은 골과 세포의 사멸을 가져올 수 있으므로, 일상적인 가상현실에서 약 90분 정도 노출시 평균적으로 약 35분 정도의 전류 자극을 주는 것이 바람직하다.

이하에는 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 가상현실 환경에서 사이버 멀미 경감을 위한 갈바닉 전정자극 방법에 대하여 상세하게 설명하기로 한다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 가상현실 환경에서 사이버 멀미 경감을 위한 갈바닉 전정자극 방법을 설명하기 위한 전체적인 흐름도이다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 가상현실 환경에서 사이버 멀미 경감을 위한 갈바닉 전정자극 방법은, 먼저, 한 쌍의 갈바닉 전극(200a 및 200b)을 사용자의 양측 귀의 유양돌기 부분에 각각 부착한다(S100).

이후에, 가상현실 입력장치(100)를 통해 3차원 가상현실에서 움직이는 화면에 대한 사용자의 안구 움직임 계산값, 3차원 가상현실에서의 움직임 방향값, 또는 3차원 콘텐츠의 화면 이동 방향값 중에서 적어도 어느 하나의 움직임 입력값을 제공받는다(S200).

그런 다음, 제어장치(300)를 통해 상기 단계S200에서 제공받은 움직임 입력값에 따라 기설정된 전류 출력값을 생성한 후, 이를 상기 단계S100에서 부착된 한 쌍의 갈바닉 전극(200a 및 200b)에 출력하여 사용자에게 전기 전정 자극(Galvanic Vestibular Stimulation)을 인가시킨다(S300).

이때, 제어장치(300)에서는 스위칭을 통해 양극과 음극의 극성을 바꿀 수 있는 연속성 직류전류를 선택적으로 한 쌍의 갈바닉 전극(200a 및 200b)에 인가되도록 제어하되, 상기 단계S200에서 제공받은 우측 움직임 입력값에 따라 우측 및 좌측에 각각 기설정된 전류량을 갖는 음전류 및 양전류가 흐르도록 제어함과 아울러 상기 단계S200에서 제공받은 좌측 움직임 입력값에 따라 우측 및 좌측에 각각 기설정된 전류량을 갖는 양전류 및 음전류가 흐르도록 제어함이 바람직하다.

추가적으로, 사용자의 뒷목의 가운데 부분에 기준 전극(R)을 더 부착한 상태에서, 제어장치(300)에서는 스위칭을 통해 양극과 음극의 극성을 바꿀 수 있는 연속성 직류전류를 선택적으로 한 쌍의 갈바닉 전극(200a 및 200b)에 인가되도록 제어하되, 상기 단계S200에서 제공받은 전방 움직임 입력값에 따라 한 쌍의 갈바닉 전극(200a 및 200b)에 기설정된 전류량을 갖는 양전류가 흐르도록 제어하며, 상기 단계S200에서 제공받은 후방 움직임 입력값에 따라 한 쌍의 갈바닉 전극(200a 및 200b)에 기설정된 전류량을 갖는 음전류가 흐르도록 제어할 수도 있다.

전술한 바와 같은 본 발명은 전기자극을 전정기관에 전달함으로써 실제적인 움직임 없이 회전감각을 느끼는 것을 가상현실 시스템에 응용한다면, 종래의 복잡한 모션 플랫폼 없이 실제적이고 체험적인 가상현실을 구현할 수 있을 뿐만 아니라 시자극과 전정자극에 부조화에 의해 발생되는 사이버 멀미를 효과적으로 경감시킬 수 있다.

예컨대, 조이스틱이나 마우스 또는 키보드 등과 같은 3차원 가상현실에서 움직임을 조절하는 기구와 연동되어(3차원 가상현실에서의 움직임), 전류량과 전극의 위치를 바꾸어 출력이 가능한 소형화된 기기로 구현가능하며, 이를 응용하여 시자극에 의한 안구의 변화를 계산하여 이에 적절한 전정자극을 주어 실제적인 움직임을 사용자 중심으로 체험할 수 있도록 시스템을 구현할 수 있다.

즉, 3차원 가상현실에서 비디오 중심이 아닌 사용자 중심으로 움직이는 화면에 대한 안구 움직임을 계산하고 중력가속도 영향을 고려한 적합한 안전 수준의 갈바닉 전정자극 시스템을 구현할 수 있다.

이는 추후 헤드 마운트 디스플레이나 구글 그래스 등과 연동되어 실생활에 다양하게 응용될 수 있으며, 이러한 기기의 개발은 사이버 멀미를 최소화하는 솔루션(Solution)을 제공할 수 있다.

전술한 본 발명에 따른 3차원 가상현실 환경에서 사이버 멀미 경감을 위한 갈바닉 전정자극 시스템 및 그 방법에 대한 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명에 속한다.

100 : 가상현실 입력장치,
200a 및 200b : 갈바닉 전극,
300 : 제어장치,
400 : 과자극 방지 장치

Claims (10)

1. 헤드 마운트 디스플레이로 이루어지고, 3차원 가상현실에서 움직이는 화면에 대한 사용자의 안구 움직임 계산값을 제공받는 가상현실 입력장치;
   사용자의 양측 귀의 유양돌기 부분 및 사용자의 뒷목의 가운데 부분에 각각 부착되며, 사용자에게 전기 전정자극(Galvanic Vestibular Stimulation)을 인가하는 3개의 갈바닉 전극; 및
   상기 가상현실 입력장치로부터 제공받은 움직임 입력값에 따라 기설정된 전류출력값을 생성하여 상기 3개의 갈바닉 전극에 인가되도록 제어하는 제어장치를 포함하되,
   상기 제어장치는, 스위칭을 통해 양극과 음극의 극성을 바꿀 수 있는 연속성 직류전류를 선택적으로 상기 3개의 갈바닉 전극에 인가되도록 제어하되,
   상기 가상현실 입력장치로부터 제공받은 우측 움직임 입력값에 따라 우측 및 좌측의 갈바닉 전극에 각각 기설정된 전류량을 갖는 음전류 및 양전류가 흐르도록 제어함과 아울러 상기 가상현실 입력장치로부터 제공받은 좌측 움직임 입력값에 따라 우측 및 좌측의 갈바닉 전극에 각각 기설정된 전류량을 갖는 양전류 및 음전류가 흐르도록 제어하고,
   상기 가상현실 입력장치로부터 제공받은 전방 움직임 입력값에 따라 상기 우측 및 좌측의 갈바닉 전극에 기설정된 전류량을 갖는 양전류가 흐르도록 제어하고 상기 뒷목의 갈바닉 전극은 음전극으로 자동 설정됨과 아울러 상기 가상현실 입력장치로부터 제공받은 후방 움직임 입력값에 따라 상기 우측 및 좌측의 갈바닉 전극에 기설정된 전류량을 갖는 음전류가 흐르도록 제어하고 상기 뒷목의 갈바닉 전극은 양전극으로 자동 설정되는 것을 특징으로 하는 3차원 가상현실 환경에서 사이버 멀미 경감을 위한 갈바닉 전정자극 시스템.
   
2. 제1 항에 있어서,
   상기 가상현실 입력장치는, 조이스틱, 마우스, 키보드 또는 운전대 중 적어도 어느 하나로 이루어진 것을 특징으로 하는 3차원 가상현실 환경에서 사이버 멀미 경감을 위한 갈바닉 전정자극 시스템.
   
3. 삭제
4. 삭제
5. 제1 항에 있어서,
   상기 제어장치는, 상기 가상현실 입력장치로부터 제공받은 좌측 및 우측 움직임 입력값이 기설정된 좌우 급격한 회전감을 나타내는 기준값보다 클 경우, 기설정된 주파수를 갖는 정현파 교류 자극이 상기 한 쌍의 갈바닉 전극에 인가되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 3차원 가상현실 환경에서 사이버 멀미 경감을 위한 갈바닉 전정자극 시스템.
   
6. 제1 항에 있어서,
   기설정된 최대 전류 범위값을 초과하여 상기 한 쌍의 갈바닉 전극에 과전류가 인가되지 않도록 방지하기 위한 과자극 방지 장치가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 3차원 가상현실 환경에서 사이버 멀미 경감을 위한 갈바닉 전정자극 시스템.
   
7. 헤드 마운트 디스플레이로 이루어진 가상현실 입력장치, 3개의 갈바닉 전극 및 제어장치를 포함하는 시스템을 이용하여 3차원 가상현실 환경에서 사이버 멀미를 경감하기 위한 갈바닉 전정자극 방법으로서,
   (a) 상기 3개의 갈바닉 전극을 사용자의 양측 귀의 유양돌기 부분 및 사용자의 뒷목의 가운데 부분에 각각 부착하는 단계;
   (b) 상기 가상현실 입력장치를 통해 3차원 가상현실에서 움직이는 화면에 대한 사용자의 안구 움직임 계산값을 제공받는 단계; 및
   (c) 상기 제어장치를 통해 상기 단계(b)에서 제공받은 움직임 입력값에 따라 기설정된 전류 출력값을 생성한 후, 이를 상기 단계(a)에서 부착된 3개의 갈바닉 전극에 출력하여 사용자에게 전기 전정 자극(Galvanic Vestibular Stimulation)을 인가시키는 단계를 포함하되,
   상기 단계(c)에서, 상기 제어장치는, 스위칭을 통해 양극과 음극의 극성을 바꿀 수 있는 연속성 직류전류를 선택적으로 상기 한 쌍의 갈바닉 전극에 인가되도록 제어하되,
   상기 단계(b)에서 제공받은 우측 움직임 입력값에 따라 우측 및 좌측의 갈바닉 전극에 각각 기설정된 전류량을 갖는 음전류 및 양전류가 흐르도록 제어함과 아울러 상기 단계(b)에서 제공받은 좌측 움직임 입력값에 따라 우측 및 좌측의 갈바닉 전극에 각각 기설정된 전류량을 갖는 양전류 및 음전류가 흐르도록 제어하고,
   상기 단계(b)에서 제공받은 전방 움직임 입력값에 따라 상기 우측 및 좌측의 갈바닉 전극에 기설정된 전류량을 갖는 양전류가 흐르도록 제어하고, 상기 뒷목의 갈바닉 전극은 음전극으로 자동 설정됨과 아울러, 상기 단계(b)에서 제공받은 후방 움직임 입력값에 따라 상기 우측 및 좌측의 갈바닉 전극에 기설정된 전류량을 갖는 음전류가 흐르도록 제어하고, 상기 뒷목의 갈바닉 전극은 양전극으로 자동 설정되는 것을 특징으로 하는 3차원 가상현실 환경에서 사이버 멀미 경감을 위한 갈바닉 전정자극 방법.
   
8. 삭제
9. 삭제
10. 제7 항에 있어서,
    상기 단계(c)에서, 상기 제어장치는, 상기 단계(b)에서 제공받은 좌측 및 우측 움직임 입력값이 기설정된 좌우 급격한 회전감을 나타내는 기준값보다 클 경우, 기설정된 주파수를 갖는 정현파 교류 자극이 상기 한 쌍의 갈바닉 전극에 인가되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 3차원 가상현실 환경에서 사이버 멀미 경감을 위한 갈바닉 전정자극 방법.

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